Suunnittelemme luontopositiivista polkua kestävän energian tulevaisuuteen

Lähestyvä YK:n ilmastonmuutoskonferenssi (COP27), joka pidetään Egyptissä marraskuussa, kiinnittää huomiota polkuihin, joita tarvitaan globaalien ilmastotavoitteiden saavuttamiseksi. Talouksien nopea hiilidioksidipäästöjen vähentäminen on keskeistä ilmaston vakauttamisen kannalta, mukaan lukien nollatehojärjestelmien saavuttaminen vuoteen 2050 mennessä. Mutta koska maailma on myös luonnon/biologisen monimuotoisuuden kriisissä ja pyrkii saavuttamaan joukko kehitystavoitteita, näiden polkujen on otettava huomioon niiden vaikutus yhteisöt ja ekosysteemit; ilmaston vakauttamisen tulisi pyrkiä olemaan johdonmukainen maapallon elämää ylläpitävien järjestelmien kanssa.

Useat ennusteet siitä, mitä tarvitaan 1.5° C-ilmastotavoitteena on globaalin vesivoimakapasiteetin kaksinkertaistaminen, kuten mm Kansainvälinen energiavirasto (IEA) ja Kansainvälinen uusiutuvan energian virasto (IRENA). Vaikka tämä on pienempi suhteellinen lisäys kuin muiden uusiutuvien energialähteiden, kuten tuuli- ja aurinkoenergian, joiden ennustetaan kasvavan yli kaksikymmentäkertaiseksi, globaalin vesivoimakapasiteetin kaksinkertaistuminen merkitsee kuitenkin merkittävän infrastruktuurin dramaattista laajentumista, joka vaikuttaa maailman jokiin – ja monimuotoiseen hyödyt, joita ne tarjoavat yhteiskunnille ja talouksille makean veden kalastuksesta, joka ruokkii satoja miljoonia tulvien lieventämiseen ja vakaisiin suistoalueisiin.

Vain kolmasosa maailman suurimmista joista on edelleen vapaasti virtaavia – ja globaalin vesivoimakapasiteetin kaksinkertaistuminen johtaisi noin puoleen niistä patoamiseen samalla kun se tuottaisi vähemmän kuin 2 % tarvittavasta uusiutuvan energian tuotannosta vuonna 2050.

Melkein kaikki uudet energiahankkeet, mukaan lukien tuuli ja aurinko, aiheuttavat joitakin kielteisiä vaikutuksia, mutta suuren ekosysteemityypin – suurien, vapaasti virtaavien jokien – menetyksiä tässä mittakaavassa tulee olemaan suuria kompromisseja ihmisille ja luonnolle maailmanlaajuisella tasolla. Sinänsä vesivoiman laajentaminen ansaitsee erityisen huolellisen suunnittelun ja päätöksenteon. Tässä tutkin joitakin vesivoiman arvioinnin kannalta merkittäviä kysymyksiä, mukaan lukien usein väärinymmärrettyjä kysymyksiä.

Pienen vesivoiman oletetaan usein olevan kestävää tai vähävaikutteista, mutta niin ei useinkaan ole. Pienvesivoimaa ei määritellä johdonmukaisesti (esim. jotkut maat luokittelevat "pienen vesivoiman" mihin tahansa enintään 50 MW:iin), mutta se luokitellaan usein alle 10 MW:n hankkeiksi. Koska tämän kokoisten hankkeiden oletetaan usein olevan vähäisiä ympäristövaikutuksia, pienet vesivoimahankkeet saavat usein kannustimia tai tukia ja/tai hyötyvät rajoitetusta ympäristöarvioinnista. Pienten vesivoimapatojen yleistyminen voi kuitenkin aiheuttaa huomattavia kumulatiivisia vaikutuksia. Lisäksi pienikin projekti erityisen huonolla paikalla voi aiheuttaa yllättävän suuria negatiivisia vaikutuksia.

Run-of-River-vesivoimalla esitetään usein myös vähäisiä kielteisiä vaikutuksia, mutta jotkut padot, joilla on suurin vaikutus jokiin, ovat jokipatoja. Padot eivät varastoi vettä pitkiä aikoja; hankkeeseen virtaavan veden määrä on sama kuin hankkeesta ulos virtaavan veden määrä – ainakin päivittäin. Run-of-river -projektit voivat kuitenkin varastoida yhden päivän sisällä, kun ne toimivat "hydropeaking" -tilassa, varastoivat vettä koko päivän ja vapauttavat sitä muutaman tunnin huippukysynnän aikana. Tämä toimintatapa voi aiheuttaa suuria kielteisiä vaikutuksia alajuoksun jokien ekosysteemeihin. Koska jokipadot eivät sisällä suuria varastosäiliöitä, ne eivät aiheuta suuriin varastosäiliöihin liittyviä suuria vaikutuksia ihmisiin ja jokiin, mukaan lukien yhdyskuntien laajamittaiset siirtymät ja häiriöt jokien kausiluonteisissa virtauksissa. Mutta nämä erot johtavat liian usein laajempiin yleistyksiin, joiden mukaan jokihankkeilla ei ole vaikutuksia jokiin – tai edes se jokivesivoima ei vaadi patoa. Vaikka joissakin jokihankkeissa ei ole koko väylän ylittävää patoa, monet suuret jokihankkeet vaativat padon, joka pilkkoo jokiväylän (katso kuva alla). Tästä sopimattomasta yleistyksestä tulee erityisen ongelmallinen, kun hankkeen kannattajat viittaavat sen jokijoen tilaan lyhenteenä väittääkseen, että sillä on vähäisiä vaikutuksia. Tätä "häpeää yleistystä" käyttivät Mekong-joen Xayaboury-padon kannattajat, jolla on merkittäviä vaikutuksia sekä kalojen vaellukseen että alavirran suiston tarvitseman sedimentin vangitsemiseen.

Vaikka vesivoimapatojen ympäristökatselmuksissa keskitytään usein paikallisiin olosuhteisiin, kielteiset vaikutukset voivat itse asiassa ilmetä jopa satojen kilometrien päässä patoa. Kun vesivoimapadot estävät vaeltavien kalojen liikkumisen, ne voivat aiheuttaa kielteisiä vaikutuksia ekosysteemeihin koko vesistöalueella, sekä padon ylä- että alavirtaan. Ja koska vaeltavat kalat ovat usein tärkeimpiä makean veden kalastuksen tekijöitä, tämä vaikuttaa kielteisesti ihmisiin, jopa joihinkin, jotka saattavat asua satojen kilometrien päässä patopaikasta. Vesivoiman padot ovat olleet ensisijainen tekijä vaeltavien kalojen maailmanlaajuisiin dramaattisiin menetyksiin hylättiin 76% vuodesta 1970, jossa on korkean profiilin esimerkkejä, kuten Columbia- ja Mekong-joet. Toinen pitkän matkan vaikutus on sedimentti. Joki on enemmän kuin vesivirta, se on myös sedimentin, kuten lieteen ja hiekan, virtaa. Joet laskevat tämän sedimentin tullessaan valtamereen luoden suiston. Deltat voivat olla erittäin tuottavia – sekä maatalouden että kalastuksen kannalta – ja yli 500 miljoonaa ihmistä asuu nykyään suistoilla ympäri maailmaa, mukaan lukien Niilin, Gangesin, Mekongin ja Jangtse. Kuitenkin, kun joki tulee altaaseen, virtaus hidastuu huomattavasti, ja suuri osa sedimentistä putoaa ulos ja jää "loukkuun" padon taakse. Altaat keräävät nyt noin neljänneksen maailmanlaajuisesta vuotuisesta sedimenttivirrasta.lietettä ja hiekkaa, jotka muuten auttaisivat säilyttämään suistoalueita eroosion ja merenpinnan nousun edessä. Jotkut keskeiset suistoalueet, kuten Niili, ovat nyt menettäneet yli 90 % sedimenttivarastostaan ​​ja ovat nyt uppoamassa ja kutistumassa. Näin ollen vesivoimapaoilla voi olla merkittäviä vaikutuksia tärkeimpiin luonnonvaroihin suurilla vesistöalueilla, mukaan lukien maailmanlaajuisesti tärkeitä ruokatarvikkeita, mutta liian usein vesivoimahankkeiden ympäristöarvioinnissa keskitytään ensisijaisesti paikallisiin vaikutuksiin.

Kalojen kulku patojen ympärillä on harvoin lieventänyt patojen haitallisia vaikutuksia vaelluskaloille. Kalojen kulku, kuten kalatikkaat tai jopa hissit, on yleinen patojen lievennysvaatimus. Kalaväylä kehitettiin alun perin joille, joissa oli voimakkaita uivia ja hyppiviä kalalajeja, kuten lohta, mutta käytävien rakenteita lisätään nyt suurten trooppisten jokien – kuten Mekongin tai Amazonin sivujokien – patoon, vaikka tietoa on hyvin vähän tai esimerkkejä siitä, kuinka kalankulku toimii näissä joissa. A Vuoden 2012 katsaus kaikista vertaisarvioiduista tutkimuksista kalankulkusuorituskyvystä havaitsi, että kalankulku toimi lohelle paljon paremmin kuin muiden kalojen kohdalla; rakennuksilla on keskimäärin 62 % onnistumisprosentti lohen uinnissa ylävirtaan. Tämä määrä voi tuntua suurelta, mutta useimpien kalojen on navigoitava useilla paoilla peräkkäin; vaikka kunkin emän suhteellisen korkea onnistumisaste, 62 %, alle neljännes lohista läpäisi kolme emoa. Muiden kuin lohien onnistumisprosentti oli 21 % – jopa kahdella emolla vain 4 % vaeltavista kaloista menestyy (katso alla). Lisäksi useimmat kalat tarvitsevat myös alavirtaan tapahtuvaa vaellusta, ainakin toukat tai nuoret kalat, ja alavirran kulkunopeus on usein vielä pienempi.

Vesivoima ei ole enää halvin uusiutuvan tuotantoteknologia. Viime vuosikymmeninä tuulen hinta on laskenut noin kolmanneksen ja aurinkoenergian hinta on laskenut 90 prosenttia – ja nämä kustannusten aleneminen näyttävät jatkuvan. Sillä välin, vesivoiman keskihinta on noussut jonkin verran viimeisen vuosikymmenen aikana, niin että maatuulesta on nyt tullut uusiutuvien energialähteiden alhaisin keskihinta. Vaikka sen keskimääräiset kustannukset ovat edelleen hieman korkeammat kuin vesivoima, aurinkoprojektit nyt ajoi jatkuvasti halvimpien energiaprojektien ennätys.

Vesivoimalla on suurin viiveiden ja kustannusten ylitysten esiintymistiheys suurista infrastruktuuriprojekteista. EY:n tekemässä tutkimuksessa todettiin, että 80 prosentissa vesivoimaprojekteista kustannukset ylittyivät keskimäärin 60 prosentin ylityksellä. Molemmat osuudet olivat korkeimmat tutkimuksessaan olevista suurista infrastruktuurihankkeista, mukaan lukien fossiiliset ja ydinvoimalaitokset, vesihankkeet ja merituulihankkeet. Tutkimuksessa todettiin myös, että 60 prosentissa vesivoimaprojekteista viivästyi keskimäärin lähes kolmen vuoden viiveellä, minkä ylittivät vain hiilihankkeet, joiden keskimääräiset viivästykset olivat hieman pidemmät.

Vesivoima voi tarjota vakaata energiantuotantoa tai varastointia tukemaan vaihtelevia uusiutuvia energialähteitä, kuten tuuli- ja aurinkoenergiaa….

Tuuli ja aurinko ovat jo johtava uuden sukupolven muoto, joka lisätään vuosittain, ja ennusteet ennakoivat vähähiilisiä verkkoja, joissa tuuli ja aurinko ovat hallitsevia tuotantomuotoja. Mutta vakaat verkot tarvitsevat enemmän kuin tuuli- ja aurinkoenergiaa, ne tarvitsevat myös jonkin yhdistelmän kiinteää tuotantoa ja varastointi, joka tasapainottaa verkkoja aikoina – minuuteista viikkoihin – kun näiden resurssien saatavuus laskee. Monissa verkoissa vesivoima on yksi niistä teknologioista, jotka voivat tuottaa kiinteää energiaa. Yksi vesivoiman tyyppi – pumppausvesivoima (PSH) – on tällä hetkellä vallitseva verkkovarastoinnin muoto (noin 95 %). PSH-projektissa vettä pumpataan ylämäkeen, kun tehoa on runsaasti, ja varastoidaan ylempään säiliöön. Kun sähköä tarvitaan, vesi virtaa takaisin alamäkeen alempaan säiliöön ja tuottaa sähköä verkkoon.

…mutta nämä palvelut voidaan usein tarjota ilman, että vapaasti virtaavat joet menetetään enempää. Verkon laajennusvaihtoehtoihin keskittynyt tutkimus on osoittanut, että maat voivat usein vastata tulevaan sähkön kysyntään vähähiilisellä vaihtoehdolla, joka välttää uusia patoja vapaasti virtaaville joille joko enemmän investointeja tuuli- ja aurinkoenergiaan vesivoiman korvaamiseksi suurilla negatiivisilla vaikutuksilla tai läpi uuden vesivoiman huolellinen sijoittaminen jolla vältetään patojen rakentaminen suurille vapaasti virtaaville joille tai suojelualueille. Lisäksi pumppuvarastoprojektin kaksi säiliötä voidaan rakentaa jokien ulkopuolelle ja kierrättää vettä edestakaisin niiden välillä. Australian National Universityn tutkijat kartoittivat 530,000-paikat ympäri maailmaa sopiva topografia tukemaan kanavan ulkopuolista pumppuvarastointia, ja vain pieni osa tarvitaan riittävän varastoinnin tarjoamiseen uusiutuvan energian hallitsemille verkkoille ympäri maailmaa. Olemassa olevat säiliöt tai muut ominaisuudet, kuten hylättyjä kaivoskaivoja voidaan käyttää myös pumppuvarastointiprojekteissa.

Kaikki ilmastotavoitteiden mukaiset globaalit skenaariot eivät sisällä vesivoiman kaksinkertaistamista. Vaikka useat merkittävät organisaatiot (esim. IEA ja IRENA), jotka mallintavat, kuinka tulevat sähköjärjestelmät voivat olla yhdenmukaisia ​​ilmastotavoitteiden kanssa, sisältävät maailmanlaajuisen vesivoimakapasiteetin kaksinkertaistamisen, kaikki tällaiset skenaariot eivät tee niin. Esimerkiksi vaikka IEA- ja IRENA-malleissa on vähintään 1200 2050 GW uutta vesivoimakapasiteettia vuoteen 1.5 mennessä, hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin (IPCC) käyttämien skenaarioiden joukossa, jotka ovat yhdenmukaisia ​​XNUMX.° C-tavoitteessa noin neljännes sisälsi uutta vesivoimaa alle 500 GW. Samoin, Yksi maapallon ilmastomalli, myös 1.5° C-tavoite sisältää vain noin 300 GW uutta vesivoimaa vuoteen 2050 mennessä.

Vesivoiman tuotanto voi laajentua ilman uusia patoja Voimajärjestelmät voivat lisätä vesivoiman tuotantoa lisäämättä uusia vesivoimapatoja kahdella ensisijaisella tavalla: (1) olemassa olevien vesivoimahankkeiden jälkiasennus nykyaikaisilla turbiineilla ja muilla laitteilla; ja (2) turbiinien lisääminen ilman sähkökäyttöisiä patoja. A Yhdysvaltain energiaministeriön tekemä tutkimus totesi, että kun oikeat taloudelliset kannustimet ovat käytössä, nämä kaksi lähestymistapaa voisivat lisätä 11 GW vesivoimaa Yhdysvaltain vesivoimalaivastoon, mikä on 14 % lisäystä nykyisestä kapasiteetista. Jos samanlaista potentiaalia olisi saatavilla muissa maissa ympäri maailmaa, se edustaa yli puolta vesivoiman lisäkapasiteetista. Yksi maapallon ilmastomalli Vuoteen 2050 mennessä. Lisäksi "kelluvien aurinkoprojektien" lisääminen vesivoimapatojen takana oleviin altaisiin, jotka kattavat vain 10 % niiden pinnasta, voisi lisätä 4,000 GW uutta kapasiteettia, joka pystyy tuottamaan noin kaksi kertaa niin paljon sähköä kuin nykypäivän kaikesta vesivoimasta.

Vesivoima on herkkä ilmastonmuutokselle, mikä korostaa monipuolisten verkkojen arvoa. Olin tutkimuksen johtava kirjoittaja Tutkimuksessa todettiin, että vuoteen 2050 mennessä 61 prosenttia kaikista maailman vesivoimapadoista on altaissa, joissa on erittäin suuri tai äärimmäinen kuivuuden, tulvien tai molempien riski. Vuoteen 2050 mennessä yksi viidestä olemassa olevasta vesivoiman padosta on korkean tulvariskialueen alueella ilmastonmuutoksen vuoksi, kun nykyään yksi 1:stä. A opiskella Luonto Ilmastonmuutos ennusti, että jopa kolme neljäsosaa vesivoimaprojekteista maailmanlaajuisesti vähentää tuotantoa ilmaston aiheuttamien hydrologian muutosten vuoksi tämän vuosisadan puoliväliin mennessä. Maat, jotka ovat erittäin riippuvaisia ​​vesivoimasta, ovat alttiita kuivuudelle, ja monilla alueilla tämä riski kasvaa. Esimerkiksi vesivoima tuottaa lähes kaiken sähkön Sambialle ja vuoden 2016 kuivuudesta Etelä-Afrikassa aiheutti Sambian kansallisen sähköntuotannon laskun 40:llä% aiheuttaen valtavia taloudellisia häiriöitä ja tappioita. Tämä haavoittuvuus korostaa verkkojen sisällä olevien monipuolisten tuotantolähteiden arvoa.

Vesivoima ei ole aina kiistanalaista, yhteistä säveltä löytyy. Vaikka luonnonsuojelujärjestöjen ja vesivoimasektorin suhde on usein ollut kiistanalainen, yhteistä säveltä löytyy. Esimerkiksi Yhdysvalloissa vesivoimasektorin edustajat, mukaan lukien National Hydropower Association (NHA), ja useat luonnonsuojelujärjestöt muodostivat "Harvinainen dialogi vesivoimasta” (täydellinen paljastaminen: Edustin organisaatiotani, World Wildlife Fund-US, tässä vuoropuhelussa). Uncommon Dialoguen osanottajat olivat yhtä mieltä siitä, että vesivoimalla on keskeinen rooli kestävän energian tulevaisuuden kannalta ja että Yhdysvaltojen jokien suojelun ja ennallistamisen tulisi olla etusijalla. Uncommon Dialoguen osallistujat tukivat yhteistä näkemystä vastaavaa lainsäädäntöä, ja viime vuonna allekirjoitettu infrastruktuurilaki sisälsi 2.3 miljardia dollaria vesivoimakapasiteetin lisäämiseen ilman uusia patoja. (jälkiasennusten ja sähkökäyttöisten patojen käyttöönoton kautta) sekä ikääntyvien patojen poistaminen jokien ennallistamiseksi ja yleisen turvallisuuden parantamiseksi.